大学物理

本文是《马文蔚物理学简明教程》,由物理大学编写,供学生复习。请注意转发。

体积单位是立方米,符号是,但一般会是L,1 = L。

压力的单位是帕斯卡,符号是Pa,1Pa=。

热力学温度符号是T,单位是开尔文,单位符号是k .

摄氏温度的符号是T,单位是摄氏度,符号是

如果物体A和B在某一状态下与物体C处于热平衡,那么它们也处于热平衡。这就是热力学第零定律,又称热平衡定律,揭示了处于热平衡的三个物体A、B、C具有相同的宏观性质,这个宏观性质就是温度。所以也是建立温度概念的基本规律。

在气体动力学理论中,分子能量中速度(包括角速度)的二次项的个数称为分子自由度。

单分子的自由度为3,刚性双原子分子的自由度为5。

根据玻尔兹曼统计,可以得出气体处于平衡状态时,分子任意自由度的平均能量等于kT/2。这就是按自由度能量均分定理,或者简称能量均分定理。从能量共享定理可以很容易地得出,有自由度的分子的平均能量为。

1摩尔理想气体的内能是

1摩尔理想气体的内能也可以写成

因为我们在讨论分子的数量是摩尔量级的,所以我们经常用的是摩尔量级的理想气体的内能是

我们把系统与外界之间由于温差而传递的能量称为热量。

内能只与初末温度有关,与过程无关,不需要像功一样微分或积分。

上述公式表明,系统从外界吸收的热量一部分增加了系统的内能,另一部分使系统对外做功,这就是热力学第一定律。

它的差分表达式是

积分可用

因为体积不变,气体不对外做功,这是热力学第一定律决定的

假设理想气体在等压过程中吸收的热量为,气体温度从t上升到,气体的热容量为。

那么,所以,在第四节,我们知道,对于1mol的理想气体,

因此

在恒压过程中,气体压力保持不变,所以单位功可以由得到,我们可以引入热力学第一定律。

可以获得积分

我们将1mol的理想气体的热容量定义为吸收的热量dQ与其升高的温度dT之比。

代入

对于1mol气体,因为在恒压条件下R不变,P不变,所以上式为

因为,所以

与的比率等于

等温过程中,温度保持不变,就是因为已知,所以从热力学第一定律可以知道。

让气体从变成,气体做的功是

从气体的状态方程,上面的公式是

因为气体的状态方程,上面的公式也可以写成

当气体状态发生变化时,不与外界传递能量的过程称为绝热过程。

根据热力学第一定律

规则

绝热过程符合方程式。

是绝热方程

热机效率是

w是对外做的功,等于吸收的热量减去释放的热量。

冰箱的制冷系数为

为了找到热机效率的理论极限,法国工程师提出了卡诺循环,如图所示,卡诺循环由AB和CD两个等温过程,BC和DA两个绝热过程组成。

卡诺热机的效率是

根据绝热方程和理想气体状态方程,我们可以得到

卡诺热机的效率是

不可能做出这样一种循环热机,只冷却单一热源做功,不向其他物体放热,或者不改变外界。这个定律是凯尔文对热力学第二定律的陈述。

热量不可能从低温物体自动传递到高温物体而不引起外界变化。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。

两个点电荷之和,从电荷到电荷的矢量表示为,那么作用在电荷上的力为

在…之中

点电荷系统激发的电场中某一点的电场强度等于每个点电荷单独存在时该点电场强度的矢量和。这就是电场强度的叠加原理,其数学表达式为

对于带电体、表面带电体和线带电体。

电场线的定义:

我们把电场中通过某一面的电场线的数量称为通过这个面的电场强度通量,用符号表示。

如果曲面是闭合曲面,则公式中的曲面积分由闭合曲面积分代替。

一般来说,穿过封闭曲面的电场线,有的是“贯穿”,有的是“贯穿”,也就是说,穿过曲面上各面元的电场强度通量是正负的。所以规定曲面上一点的法向量方向垂直于曲面外侧。根据这一规定,如图所示,电场线从外部穿入表面,θ。90,所以是负的;在b点,电场线从曲面θ出

如果电荷在封闭面内,电场线只能通过。如果电荷在封闭面之外,就会进出,通量为零。

对于点电荷系统激发的电场

根据功的公式,电场力所做的功与路径无关,只与路径的起点和终点的位置有关。

因为电场力所做的功只与路径的起点和终点有关,所以电场foredegree沿闭合路径的积分为零,称为静电场的回路定理。

由两个电荷相等但不同的导体以及它们之间的电介质组成的系统称为电容器。这些导体被称为极板或电极。当A和B两块板的电位差为U时,两块板携带的电荷分别为+Q和-Q。电容器极板上的电荷Q与两个极板之间的电势差U的比值被定义为电容器的电容C,也就是说,

电容器并联

电容器串联

电能是

电流I等于通过截面S的电荷随时间的变化率。单位是安培,符号是A,

为了详细描述导体中各点的电流分布,引入了一个新的物理量——电流密度矢量J。电流密度的方向和大小规定如下:导体中任意一点的电流密度j的方向为该点正电荷运动的方向;j的大小等于单位时间内该点附近垂直于正电荷运动方向的单位面积电荷。

为了表达不同电源转换能量的能力,人们引入了电动势这一物理量,我们将非静电力所做的功定义为单位正电荷绕闭合回路一圈时电源的电动势。如果e代表非静电电场的强度,w代表非静电力所做的功,代表电源的电动势,那么从上面电动势的定义,有

磁感应强度B的单位是特斯拉,符号是t。

接近1T数量级的磁感应强度会对人体产生不良影响。医用核磁共振的振动磁感应强度在0.3-3t之间,地球表面的磁场在t量级.

毕奥萨瓦特定律的表述是

规则

通过任何封闭表面的磁通量必须等于零,也就是说

注意,与电场的高斯定理不同,电场强度的通量不一定为零,但磁场的通量一定为零,因为磁场是被动场,磁力线要进出,而电场线是主动场(源是电子),所以电场线只能出去不能进去。

磁通量的单位是韦伯,符号是Wb。

磁场对电流元施加的力在数值上等于电流元的大小、电流元所在位置的磁感应强度和电流元与磁感应强度夹角φ的正弦值的乘积。这个定律叫做安培定律。用向量形式表示,它是

上式表明,在恒定磁场中,磁感应强度B沿闭合路径的直线积分,等于这个闭合路径。

路径所包围的电流和真空的渗透率的乘积。

在真空的稳恒磁场中,磁感应强度B沿任意闭合路径(即B的环流)的积分值等于闭合路径所包围的电流的代数和,即,

这就是真空中磁场的回线定理,也叫安培环路定理。

真空中某一点的磁感应强度为,这是磁介质释放后磁化引起的。

的附加磁感应强度为,则该点的磁感应强度b应为和的矢量和,即,

电磁感应定律可以表述为:当通过闭合回路周围区域的磁通量发生变化时,无论是什么原因引起这种变化,都会在回路中建立感应电动势,而这个感应电动势与磁通量对时间变化率的负值成正比,也就是说,

当通过闭合导线回路所包围区域的磁通量发生变化时,回路中就会产生感应电流。这个感应电流的方向总是使其自身的磁场穿过回路区域的磁通量,以补偿引起感应电流的磁通量的变化。或者换一种说法,闭合导线回路中出现的感应电流总是使其自身磁场抵抗任何引起电磁感应的原因(对抗相对运动、磁场变化或线圈变形等。).这个定律叫做楞次定律。

洛伦兹力使电子在导体两端聚集,产生电场力,电场力逐渐增大,直到电场力与洛伦兹力相等,达到平衡。

得到

从而产生电动势。

也就是产生了电动势。

变化的磁场产生感应电场,形成感应电动势。

磁通量等于

其中l为比例系数,称为自感,与回落的形状和大小以及周围介质的磁导率有关。

获得自感应电动势

m为互感,与周围磁介质的形状、大小、匝数、相对位置、磁导率有关。

对于自感系数为L的线圈,当电流为I时,磁场能量为

任何磁场的能量密度都是

光在均匀介质中是直线传播的,但遇到两种均匀介质的界面时,一般会同时发生反射和折射。人们把回到原介质的光称为反射光,把以另一种波速向另一个方向传播的光称为折射光(图8.1)。图中分别是入射角、反射角和折射角。

发现入射光、反射光和折射光在同一平面,同时入射光在两种介质分界面的法线一侧,反射光和折射光在另一侧。

当光从一个均匀介质1入射到另一个均匀介质2的表面时,入射角等于反射角,即这是光的反射定律。

还发现入射角的正弦与折射角的正弦之比是一个与介质和波长有关的常数。

也就是

这个常数叫做介质2相对于介质1的相对折射率。

任何介质相对于真空的折射率,称为介质的绝对折射率,简称折射率n,等于真空中的光速和介质中的光速,即方程8.1也可以写成。

8.2型也能写。

这是光的折射定律。

根据光的折射定律,如果,那么,同时,我不能大于,那么当等于,如果,根据公式8.3,不会有折射光,所有的光都会被介质反射。这种现象被称为全反射。

平面镜得到同样大小的虚像。

通过,我们可以得到

所以不同位置的光源离水面的高度是不一样的。

主光轴是指球面对称轴。

这里说的是旁轴光。

平行旁轴光线通过焦点反射,折射也会通过焦点。

穿过焦点的入射光被折射并平行于主光轴。

p是物距,p '是像距,f是焦距,也就是那么

这就是球面镜的反射成像公式。

这是球面镜的折射成像公式,其中像焦距和物焦距分别为。

横向放大倍数为

这是薄透镜的成像公式。

横向放大倍数为

折射率n与几何距离l的乘积称为光程,两个光程的光程差表示为。

当满足光程差时

屏幕是明亮图案的中心,

当满足光程差时

,屏幕是黑线的中心,

这就是光程差的干涉条件。

双缝之间的距离为d,双缝与屏幕之间的垂直距离为d’

第二个实验在空气中,n=1,光程差。

当d '远大于x时,则

带入亮纹(暗纹)的中央条件,在屏幕上的位置是

它是各级明格局的中心。

是各级暗线的中心。

相邻亮线(或暗线)之间的距离为

相位差与光程差的关系

理论和实验结果表明,从疏光介质到密光介质的反射光和入射光之间的相位差为半个波长,因此称为半波损耗。

薄膜干涉的光程差为

当光垂直于薄膜入射时,即入射角,

当楔形尖端的厚度为d且折射率为n时,楔形尖端的上表面和下表面上的反射光的光程差为

通过引入干涉条件,可以得到相邻明线(暗线)楔尖的厚度差。

其中是光在折射率为n的介质中的波长。

光波的波长为,在厚度为D时,两个相干波的光程差为

干涉条纹的半径为r。

从图表中可以看出

当,可以省略,并引入牛顿环光程差公式。

根据干扰情况

开环半径为

暗环的半径是k=0,1,2,..$

衍射最大光程差